哺乳期营养过剩通过肝脏DNA甲基化异常调控磷脂酰肌醇通路诱发代谢紊乱的机制研究

本研究针对早期营养过剩如何通过表观遗传机制导致成年代谢紊乱这一科学问题，采用小窝饲养模型诱导哺乳期营养过剩，通过全基因组亚硫酸氢盐测序(WGBS)首次揭示肝脏DNA整体甲基化水平下降、差异甲基化基因富集于磷脂酰肌醇(PI)和胰岛素抵抗(IR)通路，并阐明S-腺苷甲硫氨酸(SAMe)-Mat1a轴在其中的调控作用，为生命早期营养干预提供新靶点。

　　

在儿童肥胖率持续攀升的全球背景下，生命早期营养环境对成年期代谢健康的影响日益受到关注。越来越多的证据表明，哺乳期过度喂养不仅会导致幼体肥胖，更会通过"代谢编程"效应埋下成年后代谢综合征的隐患。这种编程作用的背后，表观遗传调控尤其是DNA甲基化被认为是关键机制——这种不改变DNA序列却能调控基因表达的分子修饰，对营养环境异常敏感，且在胚胎期和出生后会经历两次大规模重编程。肝脏作为代谢中枢，其DNA甲基化模式如何响应早期营养过剩，进而影响胰岛素信号传导和脂质代谢，成为亟待破解的科学谜题。

南京医科大学的研究团队在《The Journal of Nutritional Biochemistry》发表的重要研究，首次采用全基因组视角揭示了哺乳期营养过剩对肝脏表观遗传景观的重塑作用。通过建立经典的小窝饲养模型（将每窝幼鼠数量从10只减至3只以诱导过度哺乳），结合全基因组亚硫酸氢盐测序(WGBS)和代谢组学分析，发现营养过剩会导致肝脏甲基供体S-腺苷甲硫氨酸(SAMe)合成障碍，进而引发全基因组DNA低甲基化，特别是调控磷脂酰肌醇信号和胰岛素抵抗通路的关键基因，这为理解早期营养编程的分子机制提供了全新视角。

研究主要采用三种关键技术：小窝饲养模型构建哺乳期营养过剩动物模型；全基因组亚硫酸氢盐测序(WGBS)检测肝脏DNA甲基化全景变化；ELISA和qPCR分别定量血清甲硫氨酸(Met)、肝脏SAMe含量及Mat1a基因表达。实验选用Sprague-Dawley大鼠，在出生第3天随机分为正常饲养组(NL，10只/窝)和过度饲养组(SL，3只/窝)，分别在3周龄(断奶期)和13周龄(成年期)进行代谢表型和分子机制分析。

【动物模型验证】SL组大鼠在3周龄时体重显著增加（+35%），这种差异持续至成年期。尽管断奶后摄食量无显著差异，SL组却表现出典型的胰岛素抵抗特征：糖耐量试验(IPGTT)显示血糖清除延迟，胰岛素敏感性指数下降，伴随肝脏糖原储备减少和脂质沉积增加。

【表观遗传调控机制】WGBS分析显示3周龄SL组肝脏整体甲基化水平显著降低，差异甲基化区域(DMRs)主要分布在基因间区。KEGG分析揭示差异甲基化基因(DMGs)显著富集于磷脂酰肌醇(PI)信号通路和胰岛素抵抗通路。甲基化供体检测发现SL组血清Met异常升高(+42%)，而肝脏SAMe含量和谷胱甘肽(GSH)水平分别降低30%和25%，关键合成酶Mat1a的mRNA和蛋白表达均显著下调。

【持续代谢异常】至13周龄，SL组仍维持高体重、胰岛素抵抗和肝脏脂代谢紊乱表型。值得注意的是，3周龄时观察到的DNA低甲基化状态与成年期代谢异常存在显著相关性，提示早期表观遗传改变可能具有持久效应。

这项研究首次绘制了哺乳期营养过剩诱导的肝脏DNA甲基化全景图谱，提出"Mat1a-SAMe-表观基因组-PI/IR通路"的级联调控机制：过度哺乳→Mat1a表达抑制→肝脏SAMe合成减少→全基因组DNA低甲基化→PI信号和胰岛素抵抗通路基因异常表达→持续性代谢紊乱。该发现不仅解释了早期营养过剩如何通过表观遗传记忆导致远期代谢疾病，更提示肝脏Mat1a可能成为预防儿童肥胖相关代谢异常的干预靶点。从公共卫生角度，研究强调了母乳喂养规范化的重要性，为"生命最初1000天"营养干预策略提供了分子水平的理论依据。